DE2415809C2

DE2415809C2 - Anzeigeeinrichtung mit einer nematischen Flüssigkristallschicht

Info

Publication number: DE2415809C2
Application number: DE2415809A
Authority: DE
Inventors: Shuji Suwa Nagano Maezawa
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-04-01
Publication date: 1987-12-23
Also published as: DE2415809A1; CH444474A4; MY7800402A; US3947185A; HK52078A; CH604259B5; JPS49123641A; GB1434164A

Description

Die Erfindung betrifft eine gattungsgemäße Anzeigeeinrichtung.
Es ist eine gattungsgemäße Anzeigeeinrichtung bekannt (DE-OS 22 02 555), in der das wesentliche Prinzip eines nematischen Flüssigkristalls beschrieben ist. Ferner ist hierin offenbart, daß die innere Orientierung der Oberfläche der beiden Platten nicht notwendigerweise 90° betragen muß, sondern von diesem Bereich auch abweichen kann, wobei ein Grund für diese Aussage nicht angegeben ist.
Bei solchen bekannten Anzeigeeinrichtungen ist jedoch von Nachteil, daß an der Oberfläche Domänen in Erscheinung treten, und zwar dergestalt, daß der Anzeigekontrast in Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung als sogenannter Domäneneffekt differiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anzeigeeinrichtung so auszubilden, daß sie äußerst konstrastreiche Anzeige liefert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Schutzbegehren angegebenen Merkmale gelöst.
Die Lösung liefert gute Ergebnisse. Bei den Flüssigkristallmolekülen wird eine Orientierung der an den inneren Oberflächen der Platten anliegenden Moleküle erreicht. Die solchermaßen ausgerichteten Moleküle können sich jedoch in je einem Richtungssinn der einen Orientierung anlagern, das heißt um 180° verdreht angeordnet sein. Da die beiden Orientierungsmöglichkeiten der Moleküle an jeder Oberfläche auftritt, ergeben sich insgesamt vier Möglichkeiten der Ausrichtung der gesamten Anzeigeeinrichtung. Durch diese unterschiedliche Ausrichtung stellt man bei Betrachten der Anzeigeeinrichtung fest, daß an der Anzeigeoberfläche Domänen in Erscheinung treten, durch die der Anzeigekontrast verändert wird. Da die Flüssigkristalle eine sich mit änderndem Verdrehwinkel ändernde potentielle Energie aufweisen, die ein Maß für die Stabilität der Lage der Moleküle ist, ergibt sich, daß bei einem Verdrehwinkel von 90° dieselbe potentielle Energie für zwar längs der inneren Orientierung ausgerichtete, jedoch antiparallel zueinander angeordnete Moleküle ergibt. Erfindungsgemäß ist herausgefunden worden, daß ein Verdrehwinkel in dem angegebenen Bereich die Bildung von Domänen mit antiparallel ausgerichteten Molekülen längs der inneren Orientierung verhindert wird, in dem sich die Moleküle nicht antiparallel, sondern gänzlich parallel längs der inneren Orientierung einstellen.
Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiele nachfolgend näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 geografische Darstellungen der Abhängigkeit der potentiellen Energie von dem Verdrehwinkel bei zwei Typen von Flüssigkristallen;
Fig. 2 bis 4 Schema-Skizzen von Orientierungen unter einem Winkel von 90°, 75° und 105°.
Flüssigkristalle, die unter entsprechenden Orientierungen an den Platten hinsichtlich ihrer Ausrichtung eine wendelförmige Verdrehung einnehmen, lassen sich hinsichtlich der Abhängigkeit der potentiellen Energie vom Verdrehwinkel in zwei Typen unterteilen. Ein Flüssigkristall des Typs a verhält sich derart, daß mit wachsendem Verdrehwinkel R auch die potentielle Energie E ansteigt, wie dies Fig. 1(a) angibt. Gegenteilig dazu verhält sich ein Flüssigkristall des Typs b, bei dem mit wachsendem Verdrehwinkel R die potentielle Energie E absinkt, wie dies Fig. 1(b) aufweist. Diese unterschiedliche Abhängigkeit der potentiellen Energie E vom Verdrehwinkel R scheint auf die Struktur der Flüssigkristall-Moleküle und ihrer intermolekularen Kräfte zurückzuführen zu sein.
In der Prinzip-Skizze gemäß Fig. 2 ist 11 eine Frontplatte, die die Anzeigeeinrichtung nach vorn hin abschließt. 12 ist eine rückwärtige Platte, die den rückseitigen Abschluß der Anzeigeeinrichtung bildet. Die Richtung der Orientierung der inneren Oberfläche der Frontplatte 11 ist mit einem ausgezogenen Pfeil wiedergegeben; die Richtung der Orientierung der rückwärtigen Platte 12 ist dagegen gestrichelt dargestellt. Die beiden Orientierungsrichtungen der inneren Oberflächen der Platten und damit die Spiral-Struktur der Molekülausrichtungen zwischen ihnen schließen einen Verdrehwinkel von R = 90° ein. Die Oberflächenorientierung der Flüssigkristall-Moleküle, die der Normalrichtung der Orientierung der inneren Oberfläche der jeweils betrachteten Platte folgen, wird hier "normale Oberflächenorientierung" genannt; die Oberflächenorientierung der Flüsigkristall-Moleküle dagegen, die entgegen der Orientierung der inneren Oberfläche der betrachteten Platte gerichtet sind, wird im folgenden "umgekehrte Oberflächenorientierung" genannt.
Die normale Oberflächenorientierung tritt etwas häufiger auf. Man ist relativ frei darin, die normale oder die entgegengesetzte Oberflächenorientierung zu wählen. Die häufigere Erscheinung mag demnach als normale Oberflächenorientierung betrachtet werden. Die sehr kleinen genauen Spuren auf der Platte üben die Kraft aus, die die Flüssigkristall-Moleküle derart ausrichten, daß ihre Achsen der normalen Oberflächenorientierung folgen. Wenn aber Moleküle die entgegengesetzte Oberflächenorientierung eingenommen haben, so kann diese Kraft die Oberflächenorientierung nicht umkehren. Wie man vorzugehen hat, um die einheitliche Oberflächenorientierung zu erreichen, ist maßgeblich bestimmt, durch die Abhängigkeit des Verdrehwinkels von der potentiellen Energie.
Betrachtet werde zunächst der Fall eines Verdrehwinkels von R = 90°. Wenn eine Domäne der molekularen Ausrichtung mit einer im Kontaktbereich zu der Frontplatte 11 eingesetzten Oberflächenorientierung als Teilbereich einer molekularen Ausrichtung erzeugt wird, deren beide Oberflächen-Moleküle in Kontakt mit der Frontplatte 11 und der rückseitigen Platte 12 die normale Oberflächenorientierung einnehmen, so besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit bzw. Möglichkeit, daß diese Domäne aufgelöst wird. Der Grund dafür ist folgender: Da der Verdrehungswinkel gleich 90° ist in dem Teil, bei dem sowohl die Oberflächenmoleküle in Kontakt mit der Frontplatte 11 als auch diejenigen in Kontakt mit der rückwärtigen Platte 12 jeweils eine normale Flächenorientierung einnehmen (in diesem Falle spricht man von "Normal-Normal-Oberflächenorientierung") und weil in dem anderen Teil, in dem eine normale und eine entgegengesetzte Oberflächenorientierung vorliegt (hier genannt "Normal-Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung"), der Verdrehwinkel wiederum 90° ist (180° - 90° = 90°), der gleiche Winkel also wie bei der Normal-Normal-Oberflächenorientierung ist auch in beiden Fällen die potentielle Energie die gleiche. Es gibt demnach nichts, was die Stabilität zwischen der Normal-Normal-Oberflächenorientierung und der Normal-Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung verändern könnte. Lediglich die Drehrichtung der Wendel ist unterschiedlich, nämlich einmal rechts und einmal links. Auf diese Weise ist die normale oder die entgegengesetzte Oberflächenorientierung der Molekularachsen hinsichtlich der Anfangskraft der Spuren fest, so daß die Domänen, einmal erzeugt, nicht mehr aufgelöst werden.
Im Falle des in Fig. 3 skizzenhaft wiedergegebenen Beispiels wird der Verdrehwinkel R = 75° gewählt. Der Verdrehwinkel in den Teilen, die eine Normal-Normal- Oberflächenorientierung aufweisen, ist also 75°, und der Verdrehwinkel in den Teilen mit einer Normal-Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung ist 105° (180° - 75° = 105°). Verwendet man nun einen Flüssigkristall vom Typ a so werden die Teile mit einem Verdrehwinkel von 75° in der Normal-Normal-Oberflächenorientierung stabiler, während die Teile mit einem Verdrehwinkel von 105° in der Normal-Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung unstabiler werden. Der Grund dafür, daß die Teile mit einem Verdrehwinkel von 75° in der Normal-Normal-Oberflächenorientierung die doppelte Stabilität haben liegt daran, daß beide Oberflächen-Moleküle eine normale Oberflächenorientierung aufweisen und daß jede Oberfläche einen Verdrehwinkel von 75° aufweist. Im Gegensatz dazu haben die Teile mit einem Verdrehwinkel von 105° in der Normal-Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung die doppelte Instabilität, und hier ergibt sich nun eine große Möglichkeit der Bewegung zu dem Verdrehwinkel von 75° in der Normal-Normal-Oberflächenorientierung. Auf diese Weise läßt sich die Oberflächenorientierung einheitlich auf die Orientierung der inneren Oberfläche ausrichten. Benutzt man einen Flüssigkristall vom Typ b, so wird der Teil, der stabil ist, bei einer normalen Oberflächenorientierung unstabil hinsichtlich des Verdrehwinkels. Andererseits ist der Teil, der hinsichtlich des Verdrehwinkels stabil ist, unstabil hinsichtlich der entgegengesetzten Oberflächenorientierung; dementsprechend ist es schwierig, in diesem Falle eine einheitliche Oberflächenorientierung zu erhalten. Die Skizze gemäß Fig. 4 zeigt den Fall eines Verdrehwinkels von 105°. Verwendet man einen Flüssigkristall des Typs b, so ist der Teil mit einem Verdrehwinkel von 105° in der Normal-Normal-Oberflächenorientierung doppelt so stabil wie der Teil mit dem Verdrehwinkel 75° in der Normal- Entgegengesetzt-Oberflächenorientierung. In diesem Fall besteht demnach die Möglichkeit, die Oberflächenorientierung der Flüssigkristall-Moleküle einheitlich nach der Orientierung der inneren Oberfläche der betrachteten Platte auszurichten. Verwendet man hier einen Flüssigkristall des Typs a, so treten aus gleichem Grunde wie im Zusammenhang mit Fig. 3 hinsichtlich des Flüssigkristalltyps b ausgeführte Schwierigkeiten auf, die beabsichtigte einheitliche Oberflächenorientierung der Flüssigkristall-Moleküle nach der Orientierung der inneren Oberfläche der betrachteten Platte zu erhalten.
Aus den vorstehenden Betrachtungen ergibt sich, daß angenommen werden kann, daß mit zunehmender Differenz zwischen dem Verdrehwinkel R und einem Winkel von 90° es immer einfacher wird, eine einheitliche Oberflächenorientierung zu erhalten; dies ist in der Tat richtig. Wird allerdings diese Differenz extrem groß, so können gute Sichtverhältnisse bzw. Ablesbarkeiten bei Verwendung als Anzeigeeinrichtung nicht mehe sichergestellt werden. Von diesem Hintergrund erhält man mit Verdrehwinkeln von 65° bis 89° oder von 91° bis 115° gute Ergebnisse.

Claims

Anzeigeeinrichtung mit einer nematischen Flüssigkristallschicht zwischen zwei mit Elektroden versehenen, wenigstens teilweise durchsichtigen Platten, wobei die molekulare Ausrichtung der Flüssigkeitskristallschicht aufgrund gegeneinander verdreht angeordneter Orientierungen an den inneren Oberflächen der Platten, senkrecht zu den Plattenebenen gesehen, spiralförmig verdreht ist und der Verdrehwinkel in einem den rechten Winkel ausnehmenden Bereich liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung durch einen Verdrehwinkel (R) entweder im Bereich zwischen 91° und 115° oder im Bereich zwischen 65° und 89° im wesentlichen domäneneffektfrei ist.